انرژی پتانسیل الکتریکی - آموزش تصویری - زبان ساده

انرژی پتانسیل الکتریکی یک ذره باردار در نقطه A برابر 9 میلی ژول، و در نقطه B برابر 5 میلی ژول است. فرض کنید ذره را از نقطه A رها کردیم و این ذره حرکت کرده و از نقطه B عبور می کند.

1. بیشترین انرژی جنبشی این ذره چند ژول است؟
2. زمانی که ذره از نقطه B می گذرد انرژی جنبشی آن چند ژول است؟

1. بیشترین انرژی جنبشی زمانی به دست می آید که تمام انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل شود. در این صورت ذره به قدری حرکت می کند و دور می شود که میدان دیگر روی آن اثر نمی گذارد. می گویند به بی نهایت رفته است. در این حالت، انرژی پتانسیل صفر است. یعنی تمام آن به انرژی جنبشی تبدیل شده است. بنابراین انرژی جنبشی آن برابر 9 میلی ژول می شود.
2. وقتی از نقطه A  به نقطه B می رسد انرژی پتانسیل آن از 9 میلی ژول به 5 میلی ژول تغییر می کند. یعنی 4 میلی ژول کاهش می یابد. در واقع به انرژی جنبشی تبدیل می شود. پس انرژی جنبشی ذره در نقطه B برابر 4 میلی ژول است.

در شکل روبرو، چهار ذره مختلف، بین دو صفحه باردار، در جهت های نشان داده شده d حرکت می کنند. جهت میدان، جهت نیرویی که میدان وارد می کند، علامت کار میدان، تغییرات انرژی پتانسیل الکتریکی را در هر مورد مشخص کنید.

در هر چهار حالت جهت میدان از چپ به راست است( در درس های قبل گفتیم که خطوط میدان از بار مثبت خارج شده و وارد بار منفی می شود).

1.  چون بار مثبت است جهت نیرو و میدان یکی است پس نیرویی که میدان وارد می کند از چپ به راست است. با توجه به شکل، نیرو و جابجایی هم جهت هستند. پس کار میدان مثبت است و انرژی پتانسیل کاهش می یابد(نکته قبل).
2. چون بار مثبت است جهت نیرو و میدان یکی است پس نیرویی که میدان وارد می کند از چپ به راست است. با توجه به شکل، نیرو و جابجایی خلاف جهت هستند. پس کار میدان منفی است و انرژی پتانسیل افزایش می یابد.
3. چون بار منفی است جهت نیرو و میدان خلاف هم است پس نیرویی که میدان وارد می کند از راست به چپ است.  با توجه به شکل، نیرو و جابجایی خلاف جهت هستند. پس کار میدان منفی است و انرژی پتانسیل  افزایش می یابد.
4. چون بار منفی است جهت نیرو و میدان خلاف هم است پس نیرویی که میدان وارد می کند از راست به چپ است.  با توجه به شکل، نیرو و جابجایی هم جهت هستند. پس کار میدان مثبت است و انرژی پتانسیل  کاهش می یابد.

در شکل روبرو ذره ای با جرم ^19-10 کیلوگرم و بار ^9-10 کولن از نقطه A به سمت چپ پرتاب می شود. این ذره در نقطه B  متوقف شده و برمی گردد.

1. علامت بار ذره را مشخص کنید.
2. کار میدان را در این جابجایی حساب کنید.
3. تغییرات انرژی پتانسیل الکتریکی را محاسبه کنید.
4. تندی ذره را در نقطه A به دست آورید.

1. چون ذره از نقطه B برگشته است می فهمیم که نیرویی که میدان بر این ذره وارد کرده به سمت راست است. یعنی هم جهت میدان. بنابراین بار ذره مثبت است.
2. برای محاسبه کار نیروی میدان از فرمول استفاده کردیم. علامت کار منفی به دست آمد. می توانید از نکته بالا نیز استفاده کنید و علامت کار را مشخص کنید. در واقع بار مثبت خلاف جهت میدان حرکت کرده پس کار میدان منفی است.
3.  تغییرات انرژی پتانسیل قرینه کار میدان است بنابراین مثبت است. یعنی وقتی به نقطه B می رسد انرژی پتانسیل آن افزایش یافته است.
4. وقتی ذره به نقطه B می رسد متوقف می شود بنابراین انرژی جنبشی آن صفر است. در واقع انرژی جنبشی آن به انرژی پتانسیل تبدیل شده است. بنابر محاسبه قسمت 3، اندازه این انرژی برابر 2×10^-7  ژول است. وقتی که به نقطه A برمی گردد تمام انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. بنابراین انرژی جنبشی آن نیز همان 2×10^-7  است.